在支持物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用中延長電池壽命的額外技巧

討論一下延長物聯(lián)網(wǎng)耗電設(shè)計(jì)的電池壽命的方法，包括不同的軟件改進(jìn)和設(shè)備選項(xiàng)。

根據(jù)終端設(shè)備的特性，軟件可以成就或打破我們對(duì)電池壽命的期望。無線連接的設(shè)備可以通過延長待機(jī)時(shí)間和減少報(bào)告數(shù)據(jù)的頻率來延長電池壽命。

以傳感器到云的 Sub-1GHz 設(shè)備為例。溫度、濕度和空氣純度水平等環(huán)境數(shù)據(jù)不會(huì)很快發(fā)生變化，因此每 30 或 60 分鐘的報(bào)告間隔就足夠了。在待機(jī)期間，傳感器可能處于休眠狀態(tài)；只有無線電可能必須以更快的間隔時(shí)間喚醒以檢查回網(wǎng)關(guān)并查看用戶是否請(qǐng)求了新數(shù)據(jù)。

一些終端設(shè)備有更嚴(yán)格的限制，無法入睡。例如，對(duì)于煙霧探測(cè)器或安全設(shè)備，檢測(cè)到的煙霧或玻璃破碎是必須立即報(bào)告的關(guān)鍵事件。有一些技巧可以通過這些應(yīng)用程序中的軟件更改來延長電池壽命。為延長電池壽命，如果安裝位置距離網(wǎng)關(guān)較近，我們可以降低無線發(fā)射功率。另一個(gè)技巧是在無線微控制器 (MCU) 休眠時(shí)讓關(guān)鍵傳感器始終開啟，等待事件發(fā)生。傳感器喚醒 MCU 以發(fā)送關(guān)鍵事件消息。

為我們的應(yīng)用選擇合適的低功耗設(shè)備是延長電池壽命的另一種方法，但由于設(shè)備眾多，很難找到合適的設(shè)備。我想重點(diǎn)介紹兩種在傳感器到云生態(tài)系統(tǒng)中很有用的設(shè)備。第一個(gè)是LPV802 納米功率雙運(yùn)算放大器 (op amp)，它可以在我們的低功耗無線 PIR 運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器參考設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)始終開啟的超低功耗運(yùn)動(dòng)感測(cè)，支持傳感器到云網(wǎng)絡(luò)。運(yùn)算放大器有很多用途，但該設(shè)備也非常適合煙霧探測(cè)器和任何優(yōu)先考慮低功耗的應(yīng)用。

LPV801（單通道）和 LPV802（雙通道）組成了超低功耗運(yùn)算放大器系列，適用于由電池供電的無線和低功耗有線設(shè)備 中的 感測(cè)應(yīng)用。LPV80x 放大器的帶寬為 8kHz，靜態(tài)電流為 320nA，可最大限度降低運(yùn)行電池壽命至關(guān)重要的設(shè)備（如 CO 檢測(cè)器、煙霧檢測(cè)器和 PIR 運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器）消耗的功率。

除超低功耗特性外，LPV80x 放大器還具有實(shí)現(xiàn)毫微微安偏置電流的 CMOS 輸入級(jí)。LPV80x 放大器還特有一個(gè)負(fù)軌感測(cè)輸入級(jí)和一個(gè)相對(duì)于電源軌的擺幅為毫伏級(jí)的軌到軌輸出級(jí)，從而盡可能保持最寬的動(dòng)態(tài)范圍。LPV80x 設(shè)有電磁干擾 (EMI) 保護(hù)，可降低來自手機(jī)、WiFi、無線電發(fā)射器和標(biāo)簽閱讀器的無用射頻信號(hào)對(duì)系統(tǒng)造成的影響。

圖 1：無線被動(dòng)紅外 (PIR) 運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器參考設(shè)計(jì)框圖

可能感興趣的第二個(gè)器件是 DRV8833 雙 H 橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，具有低功耗睡眠和驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)或一個(gè)步進(jìn)電機(jī)的能力。該器件具有兩個(gè) H 橋驅(qū)動(dòng)器，能夠驅(qū)動(dòng)兩部直流刷式電機(jī)、一部雙極步進(jìn)電機(jī)、多個(gè)螺線管或其他感性負(fù)載。

每個(gè) H 橋的輸出驅(qū)動(dòng)器模塊由配置為 H 橋的 N 溝道功率 MOSFET 組成，用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)繞組。每個(gè) H 橋均具備調(diào)節(jié)或限制繞組電流的電路。

雙路 H 橋電流控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

可以驅(qū)動(dòng)兩部直流電機(jī)或一部步進(jìn)電機(jī)

低金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管 (MOSFET) 導(dǎo)通電阻：高側(cè) (HS) + 低側(cè) (LS) 360mΩ

輸出電流（VM = 5V，25°C 時(shí)）

采用 PWP/RTY 封裝：每條 H 橋的 RMS 電流為 1.5A，峰值電流為 2A

采用 PW 封裝：每條 H 橋的 RMS 電流為 500mA，峰值電流為 2A

可以將輸出并聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)

3A RMS 電流、4A 峰值電流（PWP 和 RTY 封裝）

1A RMS 電流、4A 峰值電流（PW 封裝）

寬電源電壓范圍：
2.7V 至 10.8V

PWM 繞組電流調(diào)節(jié)/電流限制

耐熱增強(qiáng)型表面貼裝封裝

該器件利用故障輸出引腳實(shí)現(xiàn)內(nèi)部關(guān)斷功能，提供過流保護(hù)、短路保護(hù)、欠壓鎖定和過熱保護(hù)。另外，還提供了一種低功耗休眠模式。

可調(diào)限流電路是該設(shè)備的另一個(gè)不錯(cuò)的特點(diǎn)。我們可以通過避免因電機(jī)停轉(zhuǎn)或其他故障而產(chǎn)生的不必要的電機(jī)電流來延長電池壽命。智能電子鎖、阻尼器和執(zhí)行器系統(tǒng)以及任何小型電機(jī)應(yīng)用都可以從低功率限流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中受益。

圖 2：智能阻尼器參考設(shè)計(jì)板上的 DRV8833 (U3)

德州儀器 (TI) 有幾個(gè)使用 DRV8833 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的參考設(shè)計(jì)。